EP0608945B1 - Star sensor with CCD-array, method of detection and application to reposition a spacecraft - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a star finder for analysis of the image of at least one luminous object, comprising a sensor of position which implements an element detector matrix charge transfer photosensitive (DTC) and image memory in which is transferred, after each integration time Ti and during a reading time T1 in the form of digital samples, the image detected by said matrix and where it replaces the previous image.
- DTC element detector matrix charge transfer photosensitive
- the invention also relates to a method of detection by accumulation of thumbnails defined by variable position windows, on the DTC matrix, and it advantageously applies to stellar registration of a maneuvering satellite.
- a read register then receives, always by charge transfer, line by line, the information in the memory area, and then these information is provided in analog form to an output stage at from which they can be read pixel by pixel so that they can reconstruct the image previously obtained on the photosensitive area under in the form of digital samples, stored in an image memory.
- search mode a first mode of operation of the device, called search mode, consists in defining, in a sub-matrix the so-called search window contained in the matrix described more top, the position, to the nearest pixel, of the luminous object sought after, being understood that the search window has been previously defined from a sensor inertial, for example, installed on the same device as the sighting of the luminous object (generally on a spacecraft).
- a DTC matrix star finder is designed to cover a square or rectangular field of a few degrees over a few degrees, a degree itself being covered by about 100 pixels on the matrix.
- the measurement frequency is limited by the intensity of the star to be measured.
- the aim, in particular the phase of detection, then becomes impossible, the drag effect being too marked, in other words, the available energy being spread over too many pixels.
- a known solution to solve the technical problem indicated in the previous paragraph is to use as stellar sights image dissecting tubes.
- Such tubes allow you to aim for stars of greater magnitude, of the order of 7 or 8, and of angular movement faster than DTC viewfinders: a small measurement module a star tracking filter on the tube allows a servo-control of the position of the axis of the tube on the direction of the star.
- the image dissecting tube has the defects inherent in a analog technology: complexity, fragility, weight, large dimensions, so many disadvantages, moreover, increased in a spatial context.
- An object of the invention is to detect weakly stars luminous with rapid angular movements by means of a DTC matrix viewfinder.
- Another purpose is to allow an (aero) spacecraft to readjust its position on dimly lit stars at using DTC array finders mounted on platforms directly attached to said spacecraft.
- these aims are achieved by virtue of the fact that the star finder indicated in the first paragraph is remarkable in that, for the detection and analysis of the image of dimly luminous objects in rapid movement, said finder stars having, at any time, available, as for the displacement of said luminous object relative to said position sensor, assistance information provided by reference frame reference means linked to said luminous object, it further comprises a memory section digital window dedicated to the storage of a window, containing the image of said light object, of predetermined dimensions and of variable position on said detector matrix, selection means for, during each integration time Ti n + 1 , select in the image contained in memory, said readjusted window relating to the previous integration time Ti n , adding means for adding, pixel sample by ec pixel swivel, said window readjusted to the window previously contained in said digital memory section and to fill the latter with the result of addition thus obtained, before the end of the integration of the image integrated at time Ti n + 1 , the total number of windows accumulated, making it possible to obtain a signal
- the invention is primarily based on the idea that, the number of stars of medium magnitude being sufficient to achieve the goals sought, there is no need to use stars that are too large magnitude that would be undetectable by existing DTC matrices, whatever their mode of operation. Furthermore, the invention is made possible by the fact that the search window, sized on the precision in abscissa and ordinate of the position of the star on the matrix, and its displacement, are very small compared to the latter, which allows the accumulation of several tens of windows without leaving the matrix detection.
- the star is pursued, on the matrix, at a frame frequency adapted to the range of motion.
- the signal can then be integrated by addition of thumbnails, one thumbnail per window, over a period of time (period) long enough, on the order of a second, which achieves a trade-off between the desired precision, ie the S / N ratio, and the amplitude of the movement of the star on the matrix.
- the star signal collected at each frame being a priori insufficient to allow a satisfactory detection, the pursuit, which comes down to a selection of successive windows, requires knowing the apparent movement of the star on the detector; this information can be obtained from inertial sensors, consisting either of an inertial unit external to the viewfinder, which continuously provides attitude information directly to the sight, either by one (or two) middle class inertial sensor (s), specific and integrated into said star viewfinder position sensor, which constitutes two possible variants for means of locating repository.
- inertial sensors consisting either of an inertial unit external to the viewfinder, which continuously provides attitude information directly to the sight, either by one (or two) middle class inertial sensor (s), specific and integrated into said star viewfinder position sensor, which constitutes two possible variants for means of locating repository.
- a thumbnail accumulation process that follows precedent is remarkable in that said central unit determines the average position of said star on the matrix of DTC elements by vector addition of the geometric barycenter vector of the P positions of window on said matrix and the coincident energy barycenter vector with the position of the light object analyzed in the thumbnail image of order P.
- Figure 1 is the block diagram of a star finder according to the invention.
- Figure 2 is a diagram explaining the addition process of thumbnails made by the star viewfinder of figure 1.
- Figure 3 shows, in A, B and C a thumbnail reconstructed according to the invention, at the rate of a single thumbnail at A, of the cumulation 4 thumbnails in B, and a total of 16 thumbnails in C.
- Figure 4 is an explanatory time diagram of the workflow for processing digital samples representative of the pixels of the DTC matrix of the viewfinder.
- FIG. 5 represents an optical copying device of a mechanical repository in a stellar viewfinder according to the invention.
- Figure 1 is shown schematically a viewfinder of stars proper, referenced 1.
- this viewfinder includes a lens (not shown) which forms a luminous object, more particularly of the star E an image E ', covering approximately 4 pixels on a photosensitive detector 3.
- Detector 3 is a matrix of detectors Photosensitive to Charge Transfer (pixels DTC) placed in substance at focus of the lens.
- This detector is divided into two parts: a first half, the photosensitive zone 4 is intended to receive and detect by integration of photons, the light radiation coming from the object targeted.
- the second half 5 serves as analog memory in which are stored, by charge transfer, for a short time Tt before Ti, the information received by the first half 4 during an integration time Ti.
- the two halves 4 and 5 of the matrix detector 3 have commands for separate charge transfer from a sequencer 6.
- a register of reading 7 then receives, always by line-by-line load transfer under the sequencer 6 command, the information contained in the zone memory and then this information is provided in analog form after amplification through an amplifier 8, to a video chain ensuring the digital conversion of the signal from which they can be read pixel by pixel, for a time Tl, so as to be able to reconstruct the image previously obtained on the photosensitive zone 4, in the form digital samples.
- the image digital is supplied directly to a process image 13.
- the elements already mentioned electronic 6, 9 and 13 indicated above belong to a electronic viewfinder assembly providing all the focusing functions signal and interface.
- This electronics which can be grouped together in a housing integral or not with the viewfinder 1 proper comprises in in addition to a central unit 12 and the associated memories (RAM / PROM) 13 (which serve among other things as image memories), to manage the whole and perform numerical processing (calculations).
- Sequencer 6 generates all the clock signals necessary for the operation of the detector 3 but also to video channel 9 and to the preprocessing of Support information explained below. Power supplies and easements of the whole are symbolized by a block 10 (cooling of the matrix to DTC in particular).
- a common bus 14 allows communication bidirectional between elements 12, 13 and 6. To finish with the classic part of the viewfinder, a bus qualified as: user dialogue bus, 15, is connected to bus 14.
- the viewfinder further comprises, in its part electronics, selection means and addition means, grouped together in a specific unit 16 as well as, associated with the image memory 13, a window memory section itself doubles 17, 170.
- the block of selection-addition 16 is controlled by the sequencer 6. It receives the digital samples from video channel 9, and communicates bidirectionally with memories 13, 17, 170 and with bus 14.
- the viewfinder receives on bus 14, coming from a benchmark locating unit 18, inertial assistance information on a bus 19.
- the unit 18 can be external or internal to the viewfinder, which is symbolized by the broken line 20.
- the assistance information consists of attitude information under the form of increments of angular movement.
- attitude information e.g. attitude information under the form of increments of angular movement.
- the viewfinder is no longer autonomous and it appears mechanical coupling problems such as a rigid connection necessary between the standards of the stellar viewfinder and of the inertial sensor, and of the constraints information relating to the information flow and the transfer times of data.
- the treatment of assistance information from inertial sensors and provided by the bus 19 (figure 1) allows, with a constant drift, to follow the trace of the star on the photosensitive zone 4.
- This treatment essentially consists in a projection in the plane of zone 4 of the apparent movement of the star. In practice, it is the platform supporting the viewfinder that is animated of movement relative to the sky.
- the purpose of the measurement is to determine this drift which represents the projection, on zone 4, of the misalignment between the known position (attitude) of the platform from benchmark locating means (inertial sensors) and its attitude real in the benchmark that constitutes the sky, this last attitude being measured, according to the invention, by adding thumbnails which constitute under successive images of the images formed successively on the area photosensitive 4.
- the assistance thus established makes it possible to move a measurement window 22 which blindly follows the position of the star during each integration in zone 4.
- the selection of each window is performed by unit 16 (figure 1). Indeed, the dimensions of the window, typically 30 square pixels are such that they correspond to the maximum error that can occur on the position of the reconstructed star on zone 4 from assistance information, this theoretical position being in the center of each window such as 22.
- the displacement is limited in fineness to the nearest pixel and is only possible with each frame (with each new signal integration).
- the dimensions of window 22 are determined by the uncertainty about the position of the star, the displacement of this star for the duration of an integration, the diameter of the spot image of the star and the margins necessary to apply the algorithms calculation (first order by adding the corresponding dimensions).
- the integration time Ti of each frame is adapted to the amplitude of the movement during this same period so as to that the energy distribution obtained is optimal, that is to say that the measurement noise is minimal. This optimum corresponds to a displacement 23 (exaggerated in Figure 2), slightly greater than the diameter of the spot image, typically 2 to 3 pixels.
- the thumbnails thus obtained, 25, 26, 27, 28, i.e. the portions of images delimited by the measurement window 22, are superimposed and added successively to each other, as symbolically represented in 30.
- the addition partial is carried out by unit 16 ( Figure 1) and stored in the window storage section 17.
- the coordinates of the windows preferably the abscissa and zero-ordinate pixel of the window
- memory 170 associated with memory 17.
- these coordinates can be immediately added to prepare the following calculations.
- the addition of the thumbnails is continued until obtaining a sufficient S / N ratio to ensure the detection of the position true of the star inside the window.
- the representation made at the top of Figure 2 is purposely inaccurate, for educational purposes.
- the number of windows along this trail is significantly more high, typically 4 to 12 times larger (16 to 50 cumulative images) and the photosensitive zone 4 has dimensions approximately tenfold of those represented (hundreds of pixels on the abscissa and on the ordinate).
- the magnitude of the difference between the expected position and the position real of the star is represented, in 30, by the segment OO ', the point O being the center of the window and the point O 'the energy barycenter of the signal distribution resulting from the addition of the thumbnails. If the amplitude of the difference to be measured is too large, it may be necessary to set performs a preliminary search mode to detect the rough position the star image in the window (search for the maximum signal pixel for example).
- the precise position of the star image on the photosensitive zone 4 is obtained by linearly combining: the abovementioned barycenter, O ', preferably identified with respect to the original pixel P of the window, that is the vector PO ', defined by its Cartesian coordinates, and the average of the positions of the windows, that is the geometric barycenter Q, on zone 4, window positions, identified with respect to the original pixel R of zone 4, that is the vector RQ, defined by its Cartesian coordinates.
- the geometric barycenter is performed by weighting the positions windows by the corresponding integration times. Calculations barycentric, performed by the central unit 12 (FIG. 1), are symbolized, in FIG.
- FIG. 4 illustrates the typical time sequence of the main operations characteristic of the operating mode of the stellar viewfinder according to the invention.
- the elementary integrations integration of order n, n + 1, at times Ti n , Ti n + 1, ...) and the corresponding readings of the matrix are interleaved, the reading of the image n, during time Tl n (line B), being carried out during the following integration, of order n + 1.
- This reading mode is made possible by the architecture of the DTC matrices, such as for example the matrix marketed by the company Thomson-CSF under TH 7863, which are in the form of a mosaic of picture elements divided into two parts, as described above in the third paragraph.
- At least one read register receives, still by charge transfer and line by line, the information stored in the analog memory area, which is then directed to an output stage from which it can be read, pixel by pixel so as to ability to reconstruct the image previously obtained on the photosensitive area.
- This arrangement makes it possible to integrate the signal with a minimum loss of time, that is to say a loss reduced at the time Tt of transferring the image from the first half to the second half of the matrix, this time Tt, due to the interline reading cycles being of the order of 100 times less than the integration time Ti. Reading of the image, during the time T1, is carried out, as indicated above, while the new integration of the signal is in progress.
- the inertial assistance information represented by arrows on the line EE are sampled, at a frequency approximately tenfold of the frequency of the elementary integrations, and pretreated, according to their nature (this is generally increments of angular positions).
- This preprocessing which takes place (line F) during a time Tp n included in the elementary integration time of the same order number (Ti n ) consists, in the electronic part of the viewfinder of FIG. 1, in converting the inertial assistance data received into data usable on the detection matrix.
- This assistance calculation which notably includes pixel rounding calculations, and which is carried out during the time Tas n (line G) at the start of the integration time following Ti n + 1 , must be carried out before the phase of reading of the image (before Tl n ) to allow the pixels of interest to be selected, that is to say the acquisition of the window, at time Ta n , included in the duration Tl n (line VS).
- this window of pixels is added to the current cumulative stored in the memory section 17 ( Figures 1 and 2). It is advantageous, at this stage, to carry out the addition in real time to avoid the storage of too much information. Indeed, the typical dimensions of a window are a thousand pixels and the number of thumbnails a few tens, all leading to several tens of thousands of information (signal and pixel coordinates).
- the means for locating repository 18 consist of specific inertial sensors integrated into the stellar viewfinder. It is thus possible to obtain assistance internal which makes it possible to get rid of the rigid connection which is, if not, necessary between the stellar sight and the inertial sights. The result however, increased complexity of the stellar viewfinder. take in account the relatively low precision and drift requirements to ensure viewfinder assistance, these sensors can be middle class, such as miniature gyrometer (a two-axis gyroscope or two single-axis gyros axis), or tuning fork gyrometer. It is also possible to use two coupled accelerometers, arranged at the two ends of the axis of the sight.
- a third embodiment which can be deduced in particular respective methods of securing the inertial unit and the viewfinder on the spacecraft allows the implementation of the invention.
- the assistance information is obtained directly from the matrix under shape of sights, by optical copying of a mechanical reference frame the attitude is known, in the measurement reference frame. It is by example of the heart of a cardan inertial unit for example, like mechanical repository, connected to a platform via a mechanical suspension, while the viewfinder is fixedly mounted on this platform.
- the mechanical reference frame 35 and the viewfinder 1 are supposed to have weak relative movements between them limited by example to relative vibration movements resulting from a suspension.
- the standard 35 includes a test projector (not shown), test targets which are injected into the field of view of viewfinder 1 by means of a optical invariant 36 (of the type: cube corner for example) along an axis optic 37.
- the optic invariant 36 may itself have a suspension independent of that of elements 1 and 35 and it includes a semi-transparent blade 38 which ensures the mixing between the signal of star E and test patterns representative of the mechanical reference system 35.
- the viewfinder 1 itself ensures the constitution of information of attitude he needs by measuring the positions of the sights on the area photosensitive 4.
- the measurement window can be defined as having a predetermined standard position, with respect to two sights, the sights remaining outside the window to prevent them from coming confuse with the star sought.
- This realization requires an adaptation, within the reach of the skilled person, the preprocessing of information assistance, aiming to allow, during each frame, the measurement of points corresponding targets.
- the intensity of these sights must be adapted so that the measurement accuracy is sufficient for each frame.
- the displacement observed between each integration is comparable to motion increments from previous forms of inertial assistance.
- optical copying and inertial measurements can be used in addition in the case of a repository non-inertial mechanics whose proper attitude is determined by inertial sensors.
- an accurate measurement of the position of the two referentials is necessary for the final readjustment of the inertial referential. It is possible by exploiting the measurements of the sights (determination of the orientation of the incident beams injected). This association makes it possible to constitute a set of so-called high measures frequencies (inertial measurements) corrected for its drifts (stellar measurements according to the invention).
- the calculation of the energy barycenter can be preceded by the execution of a search mode on the cumulative image for center the measurement pattern, as already mentioned.
- This measurement mode can be conventionally performed on a reduced pattern of pixels.
- European Patent No. 0 499 319 A1 in the name of the applicant and N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken (PHF91 / 504).
- the principle of adding images previously described can also be applied to the simultaneous measurement of the position of the centers energy of luminous objects with large differences in intensity which can be greater than the dynamic range of the detector.
- the viewfinder is then used as a distance meter.
- the invention finds a particularly application advantageous in the field of stellar registration of the line of sight of a space observation instrument through a star viewfinder.
- this process can advantageously be completed by inertial assistance to assist the viewfinder and to interpolate star measurements.
- this must be identified by one (or more) collimated beam (s) (test pattern), whose orientation is determined in relation to one (or more) star (s) of the sky.
- the measurement frequency is imposed by the dimly luminous object present in the field of sight, in general the star, and the intensity of the artificial target is adapted to these measurement conditions.
- One solution to this problem is also to adopt the measurement mode with image accumulation, the test pattern being continued at the frame frequency (a few tens of Hz) and the star over a period sufficiently long (of the order of a few seconds), compromise between precision sought, therefore the signal-to-noise ratio, and the amplitude of the drift to readjust.
- the integration time of each image frame is adapted to the target signal.
- the information corresponding to this target being used on each frame, it is thus possible to obtain a measurement of satisfactory position in accuracy and frequency of the reference linked to the observation instrument.
- Bandwidth is then limited by detector possibilities, typically 50 Hz for a TV detector. This frequency can be higher by adopting specific modes of reading (reduction of the area used for example).
- the measurement of the star allows you to readjust the average value of the movement of the target during the integration time, thus correcting the drifts of the whole. This assumes that the reference is not affected other movement than this drift. Otherwise, it is however possible to use another complementary means of measurement, for example example an inertial measurement, allowing simultaneously to measure the high frequency movements of the viewfinder to correct the average value set up, and if necessary, assist the viewfinder in its function of stellar sight.
- another complementary means of measurement for example example an inertial measurement, allowing simultaneously to measure the high frequency movements of the viewfinder to correct the average value set up, and if necessary, assist the viewfinder in its function of stellar sight.
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Description
La présente invention concerne un viseur d'étoiles pour l'analyse de l'image d'au moins un objet lumineux, comportant un capteur de position qui met en oeuvre une matrice détectrice d'éléments photosensibles à transfert de charges (DTC) et une mémoire d'image dans laquelle est transférée, après chaque temps d'intégration Ti et pendant un temps de lecture Tl sous forme d'échantillons numériques, l'image détectée par ladite matrice et où elle remplace l'image précédente.The present invention relates to a star finder for analysis of the image of at least one luminous object, comprising a sensor of position which implements an element detector matrix charge transfer photosensitive (DTC) and image memory in which is transferred, after each integration time Ti and during a reading time T1 in the form of digital samples, the image detected by said matrix and where it replaces the previous image.
L'invention concerne aussi un procédé de détection par accumulation d'imagettes définies par des fenêtres de position variable, sur la matrice de DTC, et elle s'applique avantageusement au recalage stellaire d'un satellite manoeuvrant.The invention also relates to a method of detection by accumulation of thumbnails defined by variable position windows, on the DTC matrix, and it advantageously applies to stellar registration of a maneuvering satellite.
Afin d'obtenir les deux informations (en coordonnées cartésiennes) permettant de déterminer complètement la direction de l'objet lumineux observé, notamment une étoile, il est connu, par exemple du brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 4 430 673 d'utiliser un détecteur photosensible constitué par une matrice de détection à transfert de charges. Ce détecteur se présente comme une mosaïque d'éléments d'image (pixels) divisée en deux parties : une première moitié, la zone photosensible est destinée à recevoir et à détecter le rayonnement lumineux en provenance de l'objet visé, et la deuxième moitié, recouverte d'un film opaque, sert de mémoire analogique dans laquelle sont stockées, par transfert de charges, les informations reçues par la première moitié de la matrice pendant une durée Ti dite durée d'intégration. les deux moitiés du détecteur matriciel ont, de préférence, des commandes de transfert de charge séparées. Un registre de lecture reçoit ensuite, toujours par transfert de charges, ligne par ligne, les informations contenues dans la zone mémoire, puis ces informations sont fournies sous forme analogique à un étage de sortie à partir duquel elles peuvent être lues pixel par pixel de façon à pouvoir reconstituer l'image préalablement obtenue sur la zone photosensible sous forme d'échantillons numériques, emmagasinés dans une mémoire d'image. Pour la visée stellaire notamment, un premier mode de fonctionnement du dispositif, dit mode de recherche, consiste à définir, dans une sous matrice de détection dite fenêtre de recherche contenue dans la matrice décrite plus haut, la position, au pixel près, de l'objet lumineux recherché, étant entendu que la fenêtre de recherche a été préalablement définie à partir d'un senseur inertiel, par exemple, installé sur le même appareil que le dispositif de visée de l'objet lumineux (sur un engin spatial généralement). Quelle que soit la magnitude, l'objet lumineux observé, en général une étoile, résulte, sur la matrice de détection en un point lumineux dont le diamètre est de l'ordre de quelques pixels en supposant une légère défocalisation, effectuée par l'objectif. En mode de recherche, le pixel qui reçoit ainsi tout le signal de la source émissive (l'étoile) recherchée permet d'atteindre le but indiqué ci-dessus en donnant la direction de l'étoile par ses coordonnées avec une précision égale à 0,5 fois le côté d'un pixel.In order to obtain the two information (in coordinates Cartesian) to completely determine the direction of the object luminous observed, in particular a star, it is known, for example from U.S. Patent No. 4,430,673 to use a detector photosensitive consisting of a charge transfer detection matrix. This detector is presented as a mosaic of image elements (pixels) divided into two parts: a first half, the photosensitive area is designed to receive and detect light radiation from the object in question, and the second half, covered with an opaque film, serves as analog memory in which are stored, by charge transfer, the information received by the first half of the matrix during a duration Ti known as integration time. the two halves of the matrix detector preferably have separate charge transfer controls. A read register then receives, always by charge transfer, line by line, the information in the memory area, and then these information is provided in analog form to an output stage at from which they can be read pixel by pixel so that they can reconstruct the image previously obtained on the photosensitive area under in the form of digital samples, stored in an image memory. For stellar aiming in particular, a first mode of operation of the device, called search mode, consists in defining, in a sub-matrix the so-called search window contained in the matrix described more top, the position, to the nearest pixel, of the luminous object sought after, being understood that the search window has been previously defined from a sensor inertial, for example, installed on the same device as the sighting of the luminous object (generally on a spacecraft). Any either the magnitude, the luminous object observed, in general a star, results, on the detection matrix at a light point whose diameter is the order of a few pixels assuming a slight defocus, performed by the lens. In search mode, the pixel which thus receives all the signal of the emissive source (the star) sought achieves the indicated goal above giving the direction of the star by its coordinates with a accuracy equal to 0.5 times the side of a pixel.
Un viseur d'étoiles à matrice de DTC est conçu pour couvrir un champ carré ou rectangulaire de quelques degrés sur quelques degrés, un degré étant lui-même couvert par environ 100 pixels sur la matrice.A DTC matrix star finder is designed to cover a square or rectangular field of a few degrees over a few degrees, a degree itself being covered by about 100 pixels on the matrix.
Pour assurer la mesure d'attitude quelle que soit l'orientation de l'axe de visée du viseur dans l'espace, il faut que, pour toute orientation prise au hasard, au moins une étoile mesurable soit présente dans le champ du viseur. L'expérience montre que, pour ce faire, il faut introduire dans le catalogue d'étoiles du viseur, des étoiles de magnitude moyenne, typiquement 5 à 6, le catalogue d'étoiles nécessaire, sur les 4 II stéradians de la sphère céleste, étant de l'ordre de 1000 étoiles.To ensure attitude measurement regardless of orientation of the line of sight of the viewfinder in space, it is necessary that, for any orientation taken at random, at least one measurable star is present in the field viewfinder. Experience shows that, to do this, it is necessary to introduce into the catalog of viewfinder stars, stars of medium magnitude, typically 5 to 6, the catalog of stars required, on the 4 steradian II of the celestial sphere, being of the order of 1000 stars.
Si le mouvement angulaire du viseur par rapport aux étoiles est lent, ce qui est le cas par exemple lorsque le viseur est monté sur un satellite non manoeuvrant (qui défile naturellement sur son orbite), l'intégration sur la matrice de DTC d'une étoile, même peu lumineuse, ne pose pas de problème car l'effet de traínée est faible et le rapport signal sur bruit S/B reste suffisant, avec un temps d'intégration Ti de l'ordre d'une seconde, pour que le barycentre énergétique du signal détecté dans chaque fenêtre d'intégration puisse être identifié comme étant la trace de l'étoile recherchée, qui appartient au catalogue d'étoiles précité. Un tel état de l'art selon lequel des viseurs d'étoiles sont utilisés en association avec des senseurs inertiels pour des mesures précises d'attitude de satellites artificiels est décrit par exemple dans le brevet US 4 617 634.If the angular movement of the viewfinder relative to the stars is slow, which is the case for example when the viewfinder is mounted on a non-maneuvering satellite (which travels naturally in its orbit), the integration on the DTC matrix of a star, even a dim light, does not no problem because the drag effect is weak and the signal to S / N noise remains sufficient, with an integration time Ti of the order of one second, so that the energy barycenter of the signal detected in each integration window can be identified as the star trace sought, which belongs to the aforementioned star catalog. Such a state of the art that star sights are used in combination with inertial sensors for precise attitude measurements of artificial satellites is described for example in US Pat. No. 4,617,634.
Ainsi, avec les viseurs existants, la fréquence de mesure est limitée par l'intensité de l'étoile à mesurer. On est alors conduit à des dispositifs de mesure basses fréquences, égales au maximum à quelques hertz. Ceci ne permet donc pas de détecter la position d'étoile(s) dès que les mouvements angulaires de la plate-forme support du viseur deviennent de l'ordre un degré par seconde et plus. La visée, en particulier la phase de détection, devient alors impossible, l'effet de traínée étant trop marqué, autrement dit, l'énergie disponible étant répandue sur un trop grand nombre de pixels. Des mouvements angulaires de l'ordre du degré par seconde et plus se rencontrent sur des satellites manoeuvrants, des satellites d'observation notamment.Thus, with existing viewfinders, the measurement frequency is limited by the intensity of the star to be measured. We are then led to low frequency measuring devices, at most a few hertz. This therefore does not make it possible to detect the position of star (s) as soon as the angular movements of the viewfinder support platform become order one degree per second and more. The aim, in particular the phase of detection, then becomes impossible, the drag effect being too marked, in other words, the available energy being spread over too many pixels. Angular movements of the order of a degree per second and most meet on maneuvering satellites, satellites observation in particular.
Une solution connue pour résoudre le problème technique indiqué au paragraphe précédent consiste à utiliser comme viseurs stellaires des tubes dissecteurs d'image. De tels tubes permettent de viser des étoiles de magnitude supérieure, de l'ordre de 7 ou 8, et de mouvement angulaire plus rapide que les viseurs à DTC : un petit module de mesure constituant un filtre de poursuite d'une étoile sur le tube permet de réaliser un asservissement de la position de l'axe du tube sur la direction de l'étoile. Cependant le tube dissecteur d'image présente les défauts inhérents à une technologie analogique : complexité, fragilité, poids, encombrement élevés, autant d'inconvénients d'ailleurs accrus dans un contexte spatial.A known solution to solve the technical problem indicated in the previous paragraph is to use as stellar sights image dissecting tubes. Such tubes allow you to aim for stars of greater magnitude, of the order of 7 or 8, and of angular movement faster than DTC viewfinders: a small measurement module a star tracking filter on the tube allows a servo-control of the position of the axis of the tube on the direction of the star. However, the image dissecting tube has the defects inherent in a analog technology: complexity, fragility, weight, large dimensions, so many disadvantages, moreover, increased in a spatial context.
Selon le brevet US-A 4,672,220 qui se rapporte au même domaine technique, une seule intégration lumineuse est effectuée sur le senseur DTC, suivie par une lecture unique de tous les pixels de la matrice DTC ; au niveau de signal de chaque pixel est substitué, dans le sens des lignes, ce même niveau augmenté du signal somme de plusieurs pixels qui lui sont adjacents, ce qui revient à effectuer une intégration, au sens mathématique, selon une fenêtre glissante de faible largeur.According to US-A patent 4,672,220 which relates to the same technical field, only one light integration is carried out on the DTC sensor, followed by a single reading of all the pixels in the matrix DTC; at the signal level of each pixel is substituted, in the direction of lines, this same level increased by the signal sum of several pixels which are adjacent to it, which amounts to carrying out an integration, in the sense mathematical, according to a sliding window of small width.
Dans la demande de brevet EP-A 0 499 320, le problème posé est différent de celui qui est au départ de la présente invention. Il s'agit d'identifier une tâche lumineuse, sans effet de trainée, qui s'étend sur plusieurs pixels à cause d'une légère défocalisation volontairement créée par le système optique. Là encore, la solution technique trouvée requiert une seule lecture de la matrice de DTC. In patent application EP-A 0 499 320, the problem posed is different from that which is at the start of the present invention. he it is a question of identifying a luminous task, without trail effect, which extends over several pixels due to a slight defocus deliberately created by the optical system. Again, the technical solution found requires a only reading of the DTC matrix.
Un but de l'invention est de détecter des étoiles faiblement lumineuses présentant des mouvements angulaires rapides au moyen d'un viseur à matrice de DTC.An object of the invention is to detect weakly stars luminous with rapid angular movements by means of a DTC matrix viewfinder.
Un autre but est de permettre à un engin (aéro)spatial d'observation de recaler sa position sur des étoiles faiblement lumineuses au moyen de viseurs à matrice de DTC montés sur des plates-formes directement solidaires dudit engin spatial.Another purpose is to allow an (aero) spacecraft to readjust its position on dimly lit stars at using DTC array finders mounted on platforms directly attached to said spacecraft.
Selon l'invention, ces buts sont atteints grâce au fait que le viseur d'étoiles indiqué au premier paragraphe est remarquable en ce que, pour la détection et l'analyse d'image d'objets faiblement lumineux en mouvement rapide, ledit viseur d'étoiles ayant, à tout instant, à disposition, quant au déplacement dudit objet lumineux par rapport audit capteur de position, des informations d'assistance fournies par des moyens de repérage de référentiel lié audit objet lumineux, il comporte en outre une section de mémoire numérique de fenêtre consacrée à la mémorisation d'une fenêtre, contenant l'image dudit objet lumineux, de dimensions prédéterminées et de position variable sur ladite matrice détectrice, des moyens de sélection pour, pendant chaque temps d'intégration Tin+1, sélectionner dans l'image contenue en mémoire ladite fenêtre recalée relative au temps d'intégration précédent Tin, des moyens d'addition pour additionner, échantillon de pixel par échantillon de pixel, ladite fenêtre recalée à la fenêtre préalablement contenue dans ladite section de mémoire numérique et pour remplir cette dernière avec le résultat d'addition ainsi obtenu, avant la fin de l'intégration de l'image intégrée au temps Tin+1, le nombre total de fenêtres accumulées, permettant d'obtenir un rapport signal sur bruit satisfaisant pour l'image de l'étoile visée, étant égal à P, et qu'il est muni de moyens de calcul pour la détermination de la position de l'image de l'objet lumineux sur ladite matrice, par calcul de barycentres et addition vectorielle de ces barycentres.According to the invention, these aims are achieved by virtue of the fact that the star finder indicated in the first paragraph is remarkable in that, for the detection and analysis of the image of dimly luminous objects in rapid movement, said finder stars having, at any time, available, as for the displacement of said luminous object relative to said position sensor, assistance information provided by reference frame reference means linked to said luminous object, it further comprises a memory section digital window dedicated to the storage of a window, containing the image of said light object, of predetermined dimensions and of variable position on said detector matrix, selection means for, during each integration time Ti n + 1 , select in the image contained in memory, said readjusted window relating to the previous integration time Ti n , adding means for adding, pixel sample by ec pixel swivel, said window readjusted to the window previously contained in said digital memory section and to fill the latter with the result of addition thus obtained, before the end of the integration of the image integrated at time Ti n + 1 , the total number of windows accumulated, making it possible to obtain a signal-to-noise ratio satisfactory for the image of the target star, being equal to P, and that it is provided with calculation means for determining the position of the image of the luminous object on said matrix, by calculation of barycenters and vector addition of these barycenters.
L'invention repose en premier lieu sur l'idée que, le nombre d'étoiles de magnitude moyenne étant suffisant pour atteindre les buts recherchés, il n'est pas nécessaire de faire appel à des étoiles de trop grande magnitude qui seraient indétectables par les matrices de DTC existantes, quel que soit leur mode de fonctionnement. Par ailleurs, l'invention est rendue possible par le fait que la fenêtre de recherche, dimensionnée sur la précision en abscisse et en ordonnée de la position de l'étoile sur la matrice, et son déplacement, sont très petits par rapport à cette dernière, ce qui permet le cumul de plusieurs dizaines de fenêtres sans sortir de la matrice de détection. L'étoile est poursuivie, sur la matrice, à une fréquence trame adaptée à l'amplitude du mouvement. Le signal peut alors être intégré par addition d'imagettes, à raison d'une imagette par fenêtre, sur une durée (période) suffisamment longue, de l'ordre de la seconde, ce qui réalise un compromis entre la précision recherchée, soit le rapport S/B, et l'amplitude du mouvement de l'étoile sur la matrice. Le signal d'étoile collecté à chaque trame (chaque intégration) étant a priori insuffisant pour permettre une détection satisfaisante, la poursuite, qui se ramène à une sélection de fenêtres successives, nécessite de connaítre le mouvement apparent de l'étoile sur le détecteur ; cette information peut être obtenue à partir de capteurs inertiels, constitués soit par une centrale inertielle externe au viseur, qui fournit en permanence des informations d'attitude directement au viseur, soit par un (ou deux) capteur(s) inertiel(s) de classe moyenne, spécifique(s) et intégré(s) audit capteur de position du viseur d'étoiles, ce qui constitue deux variantes possibles pour des moyens de repérage de référentiel.The invention is primarily based on the idea that, the number of stars of medium magnitude being sufficient to achieve the goals sought, there is no need to use stars that are too large magnitude that would be undetectable by existing DTC matrices, whatever their mode of operation. Furthermore, the invention is made possible by the fact that the search window, sized on the precision in abscissa and ordinate of the position of the star on the matrix, and its displacement, are very small compared to the latter, which allows the accumulation of several tens of windows without leaving the matrix detection. The star is pursued, on the matrix, at a frame frequency adapted to the range of motion. The signal can then be integrated by addition of thumbnails, one thumbnail per window, over a period of time (period) long enough, on the order of a second, which achieves a trade-off between the desired precision, ie the S / N ratio, and the amplitude of the movement of the star on the matrix. The star signal collected at each frame (each integration) being a priori insufficient to allow a satisfactory detection, the pursuit, which comes down to a selection of successive windows, requires knowing the apparent movement of the star on the detector; this information can be obtained from inertial sensors, consisting either of an inertial unit external to the viewfinder, which continuously provides attitude information directly to the sight, either by one (or two) middle class inertial sensor (s), specific and integrated into said star viewfinder position sensor, which constitutes two possible variants for means of locating repository.
Un procédé pour l'analyse de l'image d'au moins une étoile, par un viseur d'étoiles à matrice d'éléments DTC tel que défini ci-dessus, comportant une mémoire d'images, dans laquelle est transférée, après chaque temps d'intégration Ti, pendant un temps de lecture Tl, sous forme d'échantillons numériques, l'image détectée par ladite matrice, comportant aussi une unité centrale destinée aux calculs et un séquenceur, est remarquable en ce que, pour la détection d'une étoile faiblement lumineuse et à mouvement rapide, une accumulation de P imagettes dans autant de fenêtres de dimensions prédéterminées recalées, sur ladite matrice DTC, sur ladite étoile, est effectuée, qui comporte les étapes suivantes :
- pendant le temps Tin d'intégration de l'image d'ordre n le prétraitement, par l'unité centrale, des informations d'assistance, consistant à traduire dans le référentiel du viseur lesdites informations sur le mouvement relatif détecté entre le viseur et l'image qu'il reçoit sur sa matrice DTC,
- pendant le temps Ttn suivant, court par rapport à Tin, le transfert en mémoire analogique de la matrice de l'image d'ordre n de la matrice intégrée pendant le temps Tin,
- puis le calcul d'assistance, pour la détermination de la position de la fenêtre qui contient l'imagette d'ordre n,
- puis la lecture de l'image d'ordre n pendant le temps Tln qui se termine avant la fin du temps Tin+1,
- pendant un temps Tan, compris dans la durée Tln, l'acquisition de l'imagette d'ordre n par des moyens de sélection actionnés à partir des résultats du calcul d'assistance, et
- la sommation de l'imagette d'ordre n aux imagettes précédentes dont la somme est contenue dans une section de mémoire de fenêtre, et le remplacement dans cette section de l'ancienne imagette somme, d'ordre n - 1, par la nouvelle, d'ordre n, ainsi que la mémorisation dans ladite section de la position de la fenêtre d'ordre n.
- during the time Ti n of integration of the order image n the preprocessing, by the central processing unit, of assistance information, consisting in translating into the viewfinder repository said information on the relative movement detected between the viewfinder and the image it receives on its DTC matrix,
- during the next time Tt n , short with respect to Ti n , the transfer into analog memory of the matrix of the image of order n of the integrated matrix during the time Ti n ,
- then the assistance calculation, for determining the position of the window which contains the thumbnail of order n,
- then the reading of the image of order n during the time Tl n which ends before the end of the time Ti n + 1 ,
- during a time Ta n , included in the duration Tl n , the acquisition of the thumbnail of order n by selection means actuated from the results of the assistance calculation, and
- the summation of the thumbnail of order n to the preceding thumbnails whose sum is contained in a section of window memory, and the replacement in this section of the old thumbnail sum, of order n - 1, by the new, of order n, as well as the memorization in said section of the position of the window of order n.
Un procédé d'accumulation d'imagettes qui fait suite au précédent est remarquable en ce que ladite unité centrale détermine la position moyenne de ladite étoile sur la matrice d'éléments DTC par addition vectorielle du vecteur barycentre géométrique des P positions de fenêtre sur ladite matrice et du vecteur barycentre énergétique qui coïncide avec la position de l'objet lumineux analysé dans l'imagette somme d'ordre P.A thumbnail accumulation process that follows precedent is remarkable in that said central unit determines the average position of said star on the matrix of DTC elements by vector addition of the geometric barycenter vector of the P positions of window on said matrix and the coincident energy barycenter vector with the position of the light object analyzed in the thumbnail image of order P.
La description qui suit en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. The following description with reference to the accompanying drawings, all given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be realized.
La figure 1 est le schéma synoptique d'un viseur d'étoiles selon l'invention.Figure 1 is the block diagram of a star finder according to the invention.
La figure 2 est un schéma explicitant le processus d'addition d'imagettes effectué par le viseur d'étoiles de la figure 1.Figure 2 is a diagram explaining the addition process of thumbnails made by the star viewfinder of figure 1.
La figure 3 représente, en A, B et C une imagette
reconstituée selon l'invention, à raison d'une seule imagette en A, du cumul
de 4 imagettes en B, et du cumul de 16 imagettes en C.Figure 3 shows, in A, B and C a thumbnail
reconstructed according to the invention, at the rate of a single thumbnail at A, of the
La figure 4 est un diagramme de temps explicatif du déroulement des opérations pour le traitement des échantillons numériques représentatifs des pixels de la matrice DTC du viseur.Figure 4 is an explanatory time diagram of the workflow for processing digital samples representative of the pixels of the DTC matrix of the viewfinder.
La figure 5 représente un dispositif de recopie optique d'un référentiel mécanique dans un viseur stellaire selon l'invention.FIG. 5 represents an optical copying device of a mechanical repository in a stellar viewfinder according to the invention.
Sur la figure 1 est représenté schématiquement un viseur
d'étoiles proprement dit, référencé 1. Pour sa partie connue ce viseur
comporte un objectif (non représenté) qui forme de l'objet lumineux, plus
particulièrement de l'étoile E une image E', couvrant environ 4 pixels sur
un détecteur photosensible 3. Le détecteur 3 est une matrice de Détecteurs
photosensibles à Transfert de Charges (pixels DTC) placée en substance au
foyer de l'objectif. Ce détecteur est divisé en deux parties : une première
moitié, la zone photosensible 4 est destinée à recevoir et à détecter par
intégration de photons, le rayonnement lumineux en provenance de l'objet
visé. La deuxième moitié 5 sert de mémoire analogique dans laquelle sont
stockées, par transfert de charges, pendant un temps Tt court devant Ti, les
informations reçues par la première moitié 4 pendant un temps d'intégration
Ti. Les deux moitiés 4 et 5 du détecteur matriciel 3 ont des commandes de
transfert de charge séparées, issues d'un séquenceur 6. Un registre de
lecture 7 reçoit ensuite, toujours par transfert de charge ligne par ligne sous
la commande du séquenceur 6, les informations contenues dans la zone
mémoire, puis ces informations sont fournies sous forme analogique, après
amplification à travers un amplificateur 8, à une chaíne vidéo assurant la
conversion numérique du signal à partir de laquelle elles peuvent être lues
pixel par pixel, pendant un temps Tl, de façon à pouvoir reconstituer
l'image préalablement obtenue sur la zone photosensible 4, sous forme
d'échantillons numériques. Dans un viseur stellaire classique, l'image
numérique est fournie directement à une mémoire d'image 13. Les éléments
électroniques déjà cités 6, 9 et 13 indiqués ci-dessus appartiennent à un
ensemble électronique du viseur assurant l'ensemble des fonctions de mise
en forme du signal et d'interface. Cette électronique, qui peut être regroupée
dans un boítier solidaire ou non du viseur 1 proprement dit comporte en
outre une unité centrale 12 et les mémoires (RAM/PROM) associées 13
(qui servent entre autres de mémoires d'image), pour gérer l'ensemble et
effectuer les traitements (calculs) numériques. Le séquenceur 6 génère
l'ensemble des signaux d'horloge nécessaires au fonctionnement du
détecteur 3 mais aussi à la chaíne vidéo 9 et au prétraitement des
informations d'assistance explicitées ci-dessous. Les alimentations et
servitudes de l'ensemble sont symbolisées par un bloc 10 (refroidissement
de la matrice à DTC notamment).In Figure 1 is shown schematically a viewfinder
of stars proper, referenced 1. For its known part this viewfinder
includes a lens (not shown) which forms a luminous object, more
particularly of the star E an image E ', covering approximately 4 pixels on
a
Un bus commun 14 permet une communication
bidirectionnelle entre les éléments 12, 13 et 6. Pour en terminer avec la
partie classique du viseur, un bus qualifié de : bus de dialogue utilisateur,
15, est relié au bus 14.A
Selon l'invention, le viseur comporte en outre, dans sa partie
électronique, des moyens de sélection et des moyens d'addition, regroupés
dans une unité spécifique 16 ainsi que, associée à la mémoire d'image 13,
une section de mémoire de fenêtres elle-même double 17, 170. Le bloc de
sélection-addition 16 est piloté par le séquenceur 6. Il reçoit les
échantillons numériques en provenance de la chaíne vidéo 9, et
communique de façon bidirectionnelle avec les mémoires 13, 17, 170 et
avec le bus 14. En outre, le viseur reçoit sur le bus 14, en provenance d'une
unité de repérage de référentiel 18, des informations d'assistance inertielle
sur un bus 19. L'unité 18 peut être externe ou interne au viseur, ce qui est
symbolisé par le trait interrompu 20. On suppose dans un premier temps
qu'il s'agit d'une unité externe, par exemple un système de contrôle
d'attitude, telle une centrale inertielle à coeur isolé, auquel cas les
informations d'assistance consistent en des informations d'attitude sous la
forme d'incréments de mouvement angulaire. Ceci est la forme d'assistance
la plus simple, mais le viseur n'est alors plus autonome et il apparaít des
problèmes de couplage mécanique tels qu'une liaison rigide nécessaire entre
les référentiels du viseur stellaire et du capteur inertiel, et des contraintes
électriques relatives au débit d'information et aux délais de transfert des
données.According to the invention, the viewfinder further comprises, in its part
electronics, selection means and addition means, grouped together
in a
Le processus de détection d'une source émissive de faible
luminosité (magnitude 5 à 6) et de mouvement rapide (de un à plusieurs
degrés par seconde) est décrit ci-dessous en référence à la figure 2. Dans le
cas de la visée stellaire, il repose sur le fait que les étoiles constituent un
référentiel qui peut être considéré comme inertiel à l'échelle des temps de
missions concernées (typiquement quelques années).The process of detecting a low emissive source
brightness (
La projection de l'image de l'étoile dans la zone
photosensible 4, du fait du mouvement, produit une traínée lumineuse 21
qui, dans le cas considéré, peut s'étendre sur plusieurs dizaines de pixels
par seconde. La largeur de cette traínée, donnée par le diamètre de la tache
image, est de l'ordre de deux pixels pour permettre le calcul barycentrique,
même en l'absence de mouvement, ce qui représente le point de
fonctionnement classique d'un viseur d'étoiles. Le traitement des
informations d'assistance issues des capteurs inertiels et fournies par le
bus 19 (figure 1) permet, à une dérive constante près, de suivre la trace de
l'étoile sur la zone photosensible 4. Ce traitement consiste essentiellement
en une projection dans le plan de la zone 4 du mouvement apparent de
l'étoile. En pratique, c'est la plate-forme supportant le viseur qui est animée
d'un mouvement par rapport à la voûte céleste. Le but de la mesure est de
déterminer cette dérive qui représente la projection, sur la zone 4, du
mésalignement entre la position (attitude) connue de la plate-forme à partir
des moyens de repérage de référentiel (capteurs inertiels) et son attitude
réelle dans le repère que constitue la voûte céleste, cette dernière attitude
étant mesurée, selon l'invention, par addition d'imagettes qui constituent des
sous images successives des images formées successivement sur la zone
photosensible 4. En fait, l'assistance ainsi établie permet de déplacer une
fenêtre de mesure 22 qui suit, en aveugle, la position de l'étoile, lors de
chaque intégration sur la zone 4. La sélection de chaque fenêtre est
effectuée par l'unité 16 (figure 1). En effet, les dimensions de la fenêtre,
typiquement de 30 pixels en carré sont telles qu'elles correspondent à
l'erreur maximale qui peut se produire sur la position de l'étoile reconstruite
sur la zone 4 à partir des informations d'assistance, cette position théorique
étant au centre de chaque fenêtre telle que 22. Compte tenu de la nature du
détecteur qui est une matrice photosensible, le déplacement est limité en
finesse au pixel près et n'est possible qu'à chaque trame (à chaque nouvelle
intégration du signal). Pour être plus précis, les dimensions de la fenêtre 22
sont déterminées par l'incertitude sur la position de l'étoile, le déplacement
de cette étoile pendant la durée d'une intégration, le diamètre de la tache
image de l'étoile et les marges nécessaires pour appliquer les algorithmes
de calcul (au premier ordre par addition des dimensions correspondantes).
Le temps d'intégration Ti de chaque trame (intégration élémentaire) est
adapté à l'amplitude du mouvement pendant cette même durée de manière à
ce que la répartition d'énergie obtenue soit optimale, c'est-à-dire que le
bruit de mesure soit minimal. Cet optimum correspond à un déplacement
23 (exagéré sur la figure 2), légèrement supérieur au diamètre de la tache
image, soit typiquement 2 à 3 pixels. Les imagettes ainsi obtenues, 25, 26,
27, 28, soit les portions d'images délimitées par la fenêtre de mesure 22,
sont superposées et additionnées successivement les unes aux autres,
comme représenté symboliquement en 30. A chaque intégration, l'addition
partielle est effectuée par l'unité 16 (figure 1) et emmagasinée dans la
section de mémoires de fenêtres 17. Parallèlement, les coordonnées des
fenêtres (de préférence le pixel d'abscisse et d'ordonnée zéro de la fenêtre)
est également conservé dans la mémoire 170, associée à la mémoire 17. En
variante, ces coordonnées peuvent être immédiatement additionnées pour
préparer les calculs suivants. L'addition des imagettes est poursuivie jusqu'à
obtention d'un rapport S/B suffisant pour assurer la détection de la position
vraie de l'étoile à l'intérieur de la fenêtre. La représentation faite en haut de
la figure 2 est volontairement inexacte, dans un but didactique. Dans la
pratique, le nombre de fenêtres, le long de cette traínée est nettement plus
élevé, typiquement 4 à 12 fois plus grand (16 à 50 imagettes cumulées) et
la zone photosensible 4 a des dimensions environ décuples de celles
représentées (des centaines de pixels en abscisse et en ordonnée).The projection of the image of the star in the area
photosensitive 4, due to the movement, produces a
L'amplitude de l'écart entre la positon attendue et la position
réelle de l'étoile (dérive) est figurée, en 30, par le segment OO', le point O
étant le centre de la fenêtre et le point O' le barycentre énergétique de la
distribution de signal résultant de l'addition des imagettes. Si l'amplitude de
l'écart à mesurer est trop grande, il peut s'avérer nécessaire de mettre en
oeuvre un mode de recherche préalable pour détecter la position grossière
de l'image de l'étoile dans la fenêtre (recherche du pixel de signal maximal
par exemple). Après la recherche, la position précise de l'image de l'étoile
sur la zone photosensible 4 est obtenue en combinant linéairement : le
barycentre précité, O', repéré de préférence par rapport au pixel origine P
de la fenêtre, soit le vecteur PO', défini par ses coordonnées cartésiennes, et
la moyenne des positions des fenêtres, soit le barycentre géométrique Q, sur
la zone 4, des positions des fenêtres, repéré par rapport au pixel origine R
de la zone 4, soit le vecteur RQ, défini par ses coordonnées cartésiennes.
Dans le cas particulier où les temps d'intégration élémentaires Ti ne sont
pas égaux, le barycentre géométrique s'effectue en pondérant les positions
des fenêtres par les temps d'intégration correspondants. Les calculs
barycentriques, effectués par l'unité centrale 12 (figure 1), sont symbolisés,
à la figure 2, par le bloc 31, pour le barycentre énergétique, et par le bloc
32, pour le barycentre géométrique. Au bloc 33 est obtenue la position
moyenne de l'étoile dans le référentiel du capteur (zone 4) sur toute la
durée de la mesure (somme de P intégrations élémentaires), par addition
des abscisses, respectivement des ordonnées, des vecteurs RQ et PO'.The magnitude of the difference between the expected position and the position
real of the star (drift) is represented, in 30, by the segment OO ', the point O
being the center of the window and the point O 'the energy barycenter of the
signal distribution resulting from the addition of the thumbnails. If the amplitude of
the difference to be measured is too large, it may be necessary to set
performs a preliminary search mode to detect the rough position
the star image in the window (search for the maximum signal pixel
for example). After the search, the precise position of the star image
on the
Ce résultat, comparé à l'intégration du mouvement mesuré par les capteurs inertiels sur la même période de temps, permet de recaler, de façon connue en soi, le référentiel de la plate-forme par rapport à la voûte stellaire.This result, compared to the integration of the measured movement by the inertial sensors over the same period of time, allows to readjust, in a manner known per se, the reference frame of the platform with respect to the stellar vault.
On a représenté à la figure 3 le résultat du cumul des
imagettes dans une fenêtre de 13 × 13 pixels et pour une unité d'amplitude
arbitraire : en A, il s'agit de la première imagette emmagasinée dans la
section de mémoire 17. Le signal d'étoile n'est pas discernable du bruit, ce
qui montre qu'une détection conventionnelle d'étoile serait impossible. En
B, où 4 imagettes ont été additionnées, il apparaít une trace significative
dans le quadrant nord-ouest de la fenêtre. Cette trace peut être celle de
l'étoile recherchée mais avec une probabilité moyenne, insuffisante, car le
niveau de bruit pourrait aisément atteindre les amplitude maximales
obtenues, de l'ordre de 10. En C, qui représente le cumul de 16 imagettes,
il est confirmé qu'il s'agit bien du signal d'étoile dans le quart nord-ouest
de la fenêtre, l'amplitude maximale, pour le pixel : x = 6, y = 11, étant
égale à 46. En pratique le cumul d'imagettes est poursuivi jusqu'à ce que
soit obtenu un rapport S/B égal à 4 ou 5 fois l'écart type. On peut ainsi être
conduit à des valeurs de P de l'ordre de 50.The result of the accumulation of the
thumbnails in a 13 × 13 pixel window and for a unit of amplitude
arbitrary: in A, it is the first thumbnail stored in the
La figure 4 illustre le déroulement temporel typique des principales opérations caractéristiques du mode de fonctionnement du viseur stellaire selon l'invention. Les intégrations élémentaires (intégration d'ordre n, n + 1, aux temps Tin, Tin+1, ...) et les lectures correspondantes de la matrice sont entrelacées, la lecture de l'image n, pendant le temps Tln (ligne B), étant réalisée pendant l'intégration suivante, d'ordre n + 1. Ce mode de lecture est rendu possible par l'architecture des matrices à DTC, telle par exemple la matrice commercialisée par la société Thomson-CSF sous la référence TH 7863, qui se présentent sous la forme d'une mosaïque d'éléments d'image divisée en deux parties, comme décrit ci-dessus au troisième paragraphe. Ces deux parties peuvent être géographiquement distinctes (matrice à transfert de trame, comme représenté à la figure 1) ou imbriquées (matrice à transfert interligne). Au moins un registre de lecture reçoit, toujours par transfert de charges et ligne par ligne, les informations stockées dans la zone mémoire analogique, qui sont ensuite dirigées vers un étage de sortie à partir duquel elles peuvent être lues, pixel par pixel de façon à pouvoir reconstituer l'image préalablement obtenue sur la zone photosensible. Cette disposition permet d'intégrer le signal avec une perte minimale de temps, c'est-à-dire une perte réduite au temps Tt de transfert de l'image de la première moitié vers la deuxième moitié de la matrice, ce temps Tt, dû aux cycles de lecture interlignes étant de l'ordre de 100 fois moindre que le temps d'intégration Ti. La lecture de l'image, pendant le temps Tl est réalisée, comme indiqué plus haut, alors que la nouvelle intégration du signal est en cours. Simultanément à l'intégration élémentaire, les informations d'assistance inertielle représentées par des flèches à la ligne EE, sont prélevées, à une fréquence environ décuple de la fréquence des intégrations élémentaires, et prétraitées, selon leur nature (il s'agit en général d'incréments de positions angulaires). Ce prétraitement, qui s'effectue (ligne F) pendant un temps Tpn compris dans le temps d'intégration élémentaire de même numéro d'ordre (Tin) consiste, dans la partie électronique du viseur de la figure 1, à convertir les données d'assistance inertielle reçues en des données utilisables sur la matrice de détection. Pour cela, il faut effectuer une moyenne des informations d'assistance pendant le temps Tin des changements de repère (de systèmes de coordonnées) et des corrections de valeurs angulaires dans un référentiel mathématique, en l'occurrence en coordonnées cartésiennes sur la matrice, étant entendu que la position initiale de l'étoile, au début de l'opération de recalage est connue et fournie sous forme d'informations d'assistance particulière par les capteurs inertiels, par exemple via le bus 15 (figure 1). Les informations d'assistance sont alors dans une forme utilisable pour établir la position de la fenêtre de mesure. Ce calcul d'assistance, qui comporte notamment des calculs d'arrondi de pixel, et qui est effectué pendant le temps Tasn (ligne G) au début du temps d'intégration suivant Tin+1, doit être réalisé avant la phase de lecture de l'image (avant Tln) pour permettre de sélectionner les pixels d'intérêts, c'est-à-dire d'effectuer l'acquisition de la fenêtre, au temps Tan, compris dans la durée Tln (ligne C). Enfin (ligne D) cette fenêtre de pixels est additionnée au cumul en cours stocké dans la section de mémoire 17 (figures 1 et 2). Il est avantageux, à ce stade, de réaliser l'addition en temps réel pour éviter le stockage d'un trop grand nombre d'informations. En effet, les dimensions typiques d'une fenêtre sont du millier de pixels et le nombre d'imagettes de quelques dizaines, le tout conduisant à plusieurs dizaines de milliers d'informations (signal et coordonnées de pixels).FIG. 4 illustrates the typical time sequence of the main operations characteristic of the operating mode of the stellar viewfinder according to the invention. The elementary integrations (integration of order n, n + 1, at times Ti n , Ti n + 1, ...) and the corresponding readings of the matrix are interleaved, the reading of the image n, during time Tl n (line B), being carried out during the following integration, of order n + 1. This reading mode is made possible by the architecture of the DTC matrices, such as for example the matrix marketed by the company Thomson-CSF under TH 7863, which are in the form of a mosaic of picture elements divided into two parts, as described above in the third paragraph. These two parts can be geographically distinct (frame transfer matrix, as shown in Figure 1) or nested (interline transfer matrix). At least one read register receives, still by charge transfer and line by line, the information stored in the analog memory area, which is then directed to an output stage from which it can be read, pixel by pixel so as to ability to reconstruct the image previously obtained on the photosensitive area. This arrangement makes it possible to integrate the signal with a minimum loss of time, that is to say a loss reduced at the time Tt of transferring the image from the first half to the second half of the matrix, this time Tt, due to the interline reading cycles being of the order of 100 times less than the integration time Ti. Reading of the image, during the time T1, is carried out, as indicated above, while the new integration of the signal is in progress. Simultaneously with the elementary integration, the inertial assistance information represented by arrows on the line EE, are sampled, at a frequency approximately tenfold of the frequency of the elementary integrations, and pretreated, according to their nature (this is generally increments of angular positions). This preprocessing, which takes place (line F) during a time Tp n included in the elementary integration time of the same order number (Ti n ) consists, in the electronic part of the viewfinder of FIG. 1, in converting the inertial assistance data received into data usable on the detection matrix. For that, it is necessary to carry out an average of the information of assistance during time Ti n of the changes of coordinate system (of coordinate systems) and the corrections of angular values in a mathematical frame of reference, in this case in Cartesian coordinates on the matrix, it being understood that the initial position of the star, at the start of the registration operation is known and provided in the form of particular assistance information by the inertial sensors, for example via the bus 15 (FIG. 1). The assistance information is then in a form which can be used to establish the position of the measurement window. This assistance calculation, which notably includes pixel rounding calculations, and which is carried out during the time Tas n (line G) at the start of the integration time following Ti n + 1 , must be carried out before the phase of reading of the image (before Tl n ) to allow the pixels of interest to be selected, that is to say the acquisition of the window, at time Ta n , included in the duration Tl n (line VS). Finally (line D) this window of pixels is added to the current cumulative stored in the memory section 17 (Figures 1 and 2). It is advantageous, at this stage, to carry out the addition in real time to avoid the storage of too much information. Indeed, the typical dimensions of a window are a thousand pixels and the number of thumbnails a few tens, all leading to several tens of thousands of information (signal and pixel coordinates).
On n'a envisagé jusqu'ici qu'une assistance inertielle externe. Selon un autre mode de réalisation préféré, les moyens de repérage de référentiel 18 (figure 1) consistent en des capteurs inertiels spécifiques intégrés au viseur stellaire. Il est ainsi possible d'obtenir une assistance interne qui permet de s'affranchir de la liaison rigide qui est, sinon, nécessaire entre le viseur stellaire et les viseurs inertiels. Il en résulte cependant une complexité accrue du viseur stellaire. Compte tenu des besoins relativement faibles en précision et en dérive pour assurer l'assistance du viseur, ces capteurs peuvent être de classe moyenne, tels que gyromètre miniature (un gyromètre à deux axes ou deux gyromètres à un axe), ou gyromètre à diapason. Il est aussi envisageable d'utiliser deux accéléromètres couplés, disposés aux deux extrémités de l'axe du viseur.So far, only external inertial assistance has been considered. According to another preferred embodiment, the means for locating repository 18 (figure 1) consist of specific inertial sensors integrated into the stellar viewfinder. It is thus possible to obtain assistance internal which makes it possible to get rid of the rigid connection which is, if not, necessary between the stellar sight and the inertial sights. The result however, increased complexity of the stellar viewfinder. take in account the relatively low precision and drift requirements to ensure viewfinder assistance, these sensors can be middle class, such as miniature gyrometer (a two-axis gyroscope or two single-axis gyros axis), or tuning fork gyrometer. It is also possible to use two coupled accelerometers, arranged at the two ends of the axis of the sight.
Un troisième mode de réalisation, qui se déduit notamment des modes de solidarisation respectifs de la centrale inertielle et du viseur sur l'engin spatial permet la mise en oeuvre de l'invention. Dans ce cas, les informations d'assistance sont obtenues directement sur la matrice sous forme de mires, par recopie optique d'un référentiel mécanique dont l'attitude est connue, dans le référentiel de mesure du viseur. Il s'agit par exemple du coeur d'une centrale inertielle à cardans par exemple, comme référentiel mécanique, reliée à une plate-forme par l'intermédiaire d'une suspension mécanique, alors que le viseur est monté fixe sur cette plate-forme.A third embodiment, which can be deduced in particular respective methods of securing the inertial unit and the viewfinder on the spacecraft allows the implementation of the invention. In this case, the assistance information is obtained directly from the matrix under shape of sights, by optical copying of a mechanical reference frame the attitude is known, in the measurement reference frame. It is by example of the heart of a cardan inertial unit for example, like mechanical repository, connected to a platform via a mechanical suspension, while the viewfinder is fixedly mounted on this platform.
Sur la figure 5, le référentiel mécanique 35 et le viseur 1
sont supposés avoir entre eux des mouvements relatifs faibles limités par
exemple aux mouvements de vibration relatifs résultant d'une suspension.
Le référentiel 35 comporte un projecteur de mire (non représenté), mires
qui sont injectées dans le champ de vue du viseur 1 au moyen d'un
invariant optique 36 (du type : coin de cube par exemple) selon un axe
optique 37. L'invariant optique 36 peut lui-même avoir une suspension
indépendante de celle des éléments 1 et 35 et il comporte une lame semi-transparente
38 qui assure le mélange entre le signal de l'étoile E et des
mires représentatives du référentiel mécanique 35. Dans ce cas particulier
d'assistance, le viseur 1 assure lui-même la constitution des informations
d'attitude dont il a besoin en mesurant les positions des mires sur la zone
photosensible 4. Par exemple, la fenêtre de mesure peut être définie comme
ayant une position standard prédéterminée, par rapport à deux mires, les
mires restant en dehors de la fenêtre pour éviter qu'elles ne viennent se
confondre avec l'étoile recherchée. Cette réalisation suppose une adaptation,
à la portée de l'homme du métier, du prétraitement des informations
d'assistance, visant à permettre, lors de chaque trame, la mesure des points
de mire correspondants. Par ailleurs, l'intensité de ces points de mire doit
être adaptée pour que la précision de mesure soit suffisante à chaque trame.
Le déplacement constaté entre chaque intégration est comparable aux
incréments de mouvement des formes d'assistance inertielle précédentes.In FIG. 5, the
On peut avoir recours à ce dernier mode de réalisation lorsqu'il n'est pas possible d'assurer une liaison rigide entre le référentiel du viseur stellaire et celui des capteurs inertiels.We can use this latter embodiment when it is not possible to ensure a rigid connection between the repository of the stellar viewfinder and that of inertial sensors.
Plus généralement, recopie optique et mesures inertielles peuvent être utilisées de façon complémentaire dans le cas d'un référentiel mécanique non inertiel dont l'attitude propre est déterminée par des capteurs inertiels. Dans ce cas, une mesure précise de la position des deux référentiels s'avère nécessaire pour le recalage final du référentiel inertiel. Elle est possible en exploitant les mesures des points de mire (détermination de l'orientation des faisceaux incidents injectés). Cette association permet de constituer un ensemble de mesures dites hautes fréquences (mesures inertielles) corrigé de ses dérives (mesures stellaires selon l'invention).More generally, optical copying and inertial measurements can be used in addition in the case of a repository non-inertial mechanics whose proper attitude is determined by inertial sensors. In this case, an accurate measurement of the position of the two referentials is necessary for the final readjustment of the inertial referential. It is possible by exploiting the measurements of the sights (determination of the orientation of the incident beams injected). This association makes it possible to constitute a set of so-called high measures frequencies (inertial measurements) corrected for its drifts (stellar measurements according to the invention).
Pour en revenir au procédé d'addition d'imagettes décrit plus haut, le calcul du barycentre énergétique (mode de mesure), peut être précédé de l'exécution d'un mode de recherche sur l'image cumulée pour centrer le motif de mesure, comme déjà dit. Ce mode de mesure peut être réalisé de façon classique sur un motif réduit de pixels. Toutefois, compte tenu a priori des faibles rapports S/B obtenus, il peut être avantageux d'utiliser en finale un mode de mesure sélectif qui consiste à n'effectuer le calcul de barycentre que sur les pixels de signal de plus fort niveau et agglomérés au pixel désigné par le mode de recherche, ces pixels appartenant donc a priori à l'image de l'étoile. A ce sujet on peut se référer au brevet européen n° 0 499 319 A1 au nom de la demanderesse et de N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken (PHF91/504).Going back to the thumbnail addition process described more top, the calculation of the energy barycenter (measurement mode), can be preceded by the execution of a search mode on the cumulative image for center the measurement pattern, as already mentioned. This measurement mode can be conventionally performed on a reduced pattern of pixels. However, account given a priori the low S / N ratios obtained, it may be advantageous in the end, to use a selective measurement mode which consists in not carrying out the barycenter computation only on the signal pixels of stronger level and agglomerated at the pixel designated by the search mode, these pixels therefore a priori belonging to the image of the star. On this subject we can refer to European Patent No. 0 499 319 A1 in the name of the applicant and N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken (PHF91 / 504).
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus.The invention is not limited to the embodiments described above.
Le principe de l'addition d'images précédemment décrit peut être également appliqué à la mesure simultanée de la position des centres énergétiques d'objets lumineux présentant de forts écarts d'intensité pouvant être supérieurs à la dynamique du détecteur.The principle of adding images previously described can also be applied to the simultaneous measurement of the position of the centers energy of luminous objects with large differences in intensity which can be greater than the dynamic range of the detector.
Elle permet en particulier de mesurer la position d'objets brillants en mouvement rapide (vibration, bruit, ...) dans un référentiel évoluant lentement dans le temps (dérive) et repéré par des sources lumineuses faibles. Le viseur est alors utilisé comme écartomètre. It allows in particular to measure the position of objects brilliants in rapid movement (vibration, noise, ...) in a repository slowly evolving over time (drift) and identified by sources weak light. The viewfinder is then used as a distance meter.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine du recalage stellaire de l'axe de visée d'un instrument d'observation spatial par un viseur d'étoiles.The invention finds a particularly application advantageous in the field of stellar registration of the line of sight of a space observation instrument through a star viewfinder.
Dans ce contexte du recalage stellaire et en présence de mouvements rapides de l'ensemble de la plate-forme supportant l'instrument et le viseur, ce procédé peut avantageusement être complété par l'assistance inertielle permettant d'assister le viseur et d'interpoler les mesures étoiles.In this context of stellar registration and in the presence of rapid movements of the entire supporting platform the instrument and the viewfinder, this process can advantageously be completed by inertial assistance to assist the viewfinder and to interpolate star measurements.
Pour effectuer le recalage de l'axe de visée de l'instrument, celui-ci doit être repéré par un (ou plusieurs) faisceau(x) collimaté(s) (mire), dont l'orientation est déterminée par rapport à une (ou plusieurs) étoile(s) de la voûte céleste.To reset the aiming axis of the instrument, this must be identified by one (or more) collimated beam (s) (test pattern), whose orientation is determined in relation to one (or more) star (s) of the sky.
L'injection des mires dans le champ de vue du viseur est réalisable par un mélangeur de faisceaux du même type que celui proposé pour la recopie optique précédente.The injection of the sights in the field of view is achievable by a beam mixer of the same type as that proposed for the previous optical copy.
Avec les viseurs existants, la fréquence de mesure est imposée par l'objet le plus faiblement lumineux présent dans le champ de vue, en général l'étoile, et l'intensité de la mire artificielle est adaptée à ces conditions de mesure. On est ainsi conduit à des dispositifs de mesure basses fréquences, typiquement inférieures à quelques Hertz. Ceci ne permet donc pas de mesurer les oscillations correspondant aux vibrations et aux déformations des structures de satellites, se produisant à quelques dizaines de hertz.With existing viewfinders, the measurement frequency is imposed by the dimly luminous object present in the field of sight, in general the star, and the intensity of the artificial target is adapted to these measurement conditions. We are thus led to measuring devices low frequencies, typically less than a few Hertz. This does not therefore does not allow the oscillations corresponding to the vibrations to be measured and deformations of satellite structures, occurring at a few tens of hertz.
Une solution à ce problème consiste également à adopter le mode mesure avec accumulation d'image, la mire étant poursuivie à la fréquence trame (quelques dizaines de Hz) et l'étoile sur une période suffisamment longue (de l'ordre de quelques secondes), compromis entre la précision recherchée, donc le rapport signal à bruit, et l'amplitude de la dérive à recaler.One solution to this problem is also to adopt the measurement mode with image accumulation, the test pattern being continued at the frame frequency (a few tens of Hz) and the star over a period sufficiently long (of the order of a few seconds), compromise between precision sought, therefore the signal-to-noise ratio, and the amplitude of the drift to readjust.
Dans ce cas le temps d'intégration de chaque trame image est adapté au signal de la mire. L'information correspondant à cette mire étant exploitée à chaque trame, il est ainsi possible d'obtenir une mesure de position satisfaisante en précision et en fréquence de la référence liée à l'instrument d'observation. La bande passante est alors limitée par les possibilités du détecteur, soit typiquement 50 Hz pour un détecteur TV. Cette fréquence peut être plus élevée en adoptant des modes spécifiques de lecture (réduction de la zone exploitée par exemple).In this case, the integration time of each image frame is adapted to the target signal. The information corresponding to this target being used on each frame, it is thus possible to obtain a measurement of satisfactory position in accuracy and frequency of the reference linked to the observation instrument. Bandwidth is then limited by detector possibilities, typically 50 Hz for a TV detector. This frequency can be higher by adopting specific modes of reading (reduction of the area used for example).
La mesure de l'étoile permet de recaler la valeur moyenne du mouvement de la mire pendant le temps d'intégration, corrigeant ainsi les dérives de l'ensemble. Ceci suppose que la référence ne soit pas affectée d'autre mouvement que cette dérive. Dans le cas contraire, il est toutefois possible d'avoir recours à un autre moyen complémentaire de mesure, par exemple une mesure inertielle, permettant simultanément de mesurer les mouvements hautes fréquences du viseur pour corriger la valeur moyenne de recalage établie, et si besoin est, d'assister le viseur dans sa fonction de visée stellaire.The measurement of the star allows you to readjust the average value of the movement of the target during the integration time, thus correcting the drifts of the whole. This assumes that the reference is not affected other movement than this drift. Otherwise, it is however possible to use another complementary means of measurement, for example example an inertial measurement, allowing simultaneously to measure the high frequency movements of the viewfinder to correct the average value set up, and if necessary, assist the viewfinder in its function of stellar sight.
Claims (8)
- Star sight for analysing the image of at least one luminous object, comprising a position sensor which employs a charge-coupled detector array (CCD) of photosensitive elements and an image memory into which is transferred, after each integration time Ti and during a read-out time Tl, in the form of digital samples, the image detected by the said array and where it replaces the previous image, for the detection and image analysis of rapidly moving weakly luminous objects, the said star sight having, at any instant, available, as regards the displacement of the said luminous object with respect to the said position sensor, assistance information delivered by means for locating a reference frame tied to the said luminous object, comprising a digital memory window section for storing at least one window containing the image of the said luminous object, characterized in that the said digital memory window section is dedicated to the storing of a window, containing the image of the said luminous object, of specified dimensions and of variable position on the said detector array, in that it furthermore comprises selection means for selecting, during each integration time Tin+1, from the image contained in memory the said repositioned window relating to the previous integration time Tin, means of addition for adding, pixel sample by pixel sample, the said repositioned window to the window previously contained in the said digital memory section and for filling the latter with the addition result thus obtained, before the end of the integration of the image integrated at time Tin+1, the total number of windows accumulated that makes it possible to obtain a signal-to-noise ratio which is satisfactory for the image of the sighted star, being equal to P, and in that it is provided with computation means for determining the position of the image of the luminous object in the said array, by computation of barycentres and vector addition of these barycentres.
- Star sight according to Claim 1, in which the total number P of accumulated windows is between 4 and 64.
- Star sight according to Claim 1 or 2, for which the said reference frame locating means consist of an inertial facility external to the sight, which continually delivers attitude information directly to the sight.
- Star sight according to Claim 1 or 2, charac-terized in that the said reference frame locating means consist of at least one specific, medium-class inertial sensor built into the said position sensor of the star sight.
- Star sight according to Claim 1 or 2, characterized in that the said reference frame locating means, designed to determine the relative motion between a mechanical reference frame and the reference frame of the sight, consist of a reticle projector integral with the said mechanical reference frame and an optical invariant which provides for the copying of reticle(s) into the field of view of the sight, the latter comprising assistance computation means for deducing, from the position of the reticle(s) in the said detector array, the said assistance information necessary for selecting each of the P repositioned windows.
- Method for analysing the image of at least one star, using a star sight with an array of CCD elements according to one of Claims 1 to 4, comprising an image memory, into which is transferred, after each integration time Ti, during a transfer time Tt, in the form of digital samples, the image detected by the said array, also comprising a central processing unit intended for the computations and a sequencer, characterized in that, for the detection of a rapidly moving weakly luminous star, an accumulation of P imagettes into an equal number of repositioned windows with predetermined dimensions, in the said CCD array, over the said star, is performed, which comprises the following steps:during the time Tin of integration of the image of order n the preprocessing, by the central processing unit, of the assistance information, consisting in manifesting in the reference frame of the sight the said information on the relative motion detected between the sight and the image which it receives on its CCD array,during the subsequent time Ttn, shorter than Tin, the transfer into analogue memory of the array of the image of order n of the array integrated over the time Tin,then the assistance computation, for the determination of the position of the window that contains the imagette of order n,then the reading out of the image of order n during the time Tln which terminates before the end of the time Tin+1,for a time Tan, lying within the duration Tln, the acquisition of the imagette of order n by selection means actuated on the basis of the results of the assistance computation, andthe summation of the imagette of order n with the previous imagettes whose sum is contained in a window memory section, and the replacing in this section of the old sum imagette, of order n-1, by the new one, of order n, as well as the storing in the said section of the position of the window of order n.
- Method for accumulating imagettes according to Claim 6, characterized in that the said central processing unit determines the mean position of the said star over the array of CCD elements by vector addition of the geometric barycentre vector of the P window positions over the said array and of the energy barycentre vector which coincides with the position of the luminous object analysed in the sum imagette of order P.
- Application of the star sight, mounted on a spacecraft platform, according to one of Claims 1 to 5, to the stellar repositioning of the said spacecraft by measuring the drift in its attitude with respect to a star.
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